40 à 60% de notre consommation électrique, qu’il s’agisse de l’industrie ou des particuliers, sert à produire de la chaleur, ou du froid, et chaleur et froid sont disponibles, gratuitement, à contre saison.
On sait parfaitement stocker chaleur et froid, sur de longues périodes et pour un coût qui est une fraction de celui de constructions d’éoliennes, de panneaux photovoltaïques, ou de centrales nucléaires.
Ce pourcentage est énorme, parce que notre politique énergétique a été basée sur un gaspillage démentiel, qui a été rendu nécessaire pour pouvoir utiliser un parc nucléaire conçu, pour une nation industrialisée, alors que son industrie a déménagé en Asie quand ce parc a été terminé.
On utilise de la chaleur, pour produire le plus gros de notre électricité, pour la transformer ensuite en chaleur.
La conclusion évidente de ce fait, c’est que la fausse opposition, entre pseudo écologistes et Cartels Economiques, n’est qu’un rideau de fumée, à l’appui d’une restructuration industrielle, cachée derrière une guerre entre gangs bureaucratiques, pour s’approprier la manne fiscale.
L’utilisation du solaire thermique, et le stockage inter-saisonnier, sont assez bien documentés sur le net.
Voici une étude, et un exemple typique, de ce qui est déjà possible en stockage basse température :
https://www.centrale-energie.fr/spi…
https://fr.wikipedia.org/wiki/Commu…
Le stockage haute température, pour des applications industrielles, existe lui-aussi déjà :
https://www.techniques-ingenieur.fr…
Quiconque vous parle d’écologie, ou plus drôle encore de frugalité climato-orientée, en oubliant de citer, la seule et unique orientation technologique, qui permettrait de réduire notre utilisation de carburants fossiles ou nucléaires, est un imbécile ou un escroc.
La deuxième évidence, c’est que ces technologies sont maudites, parce qu’elle briserait un des axes de la domination économique et culturelle.
Le soleil, c’est gratuit et décentralisé.
Et ce monde ne peut vivre que sur notre perte totale d’autonomie, économique et organisationnelle.
Réseaux de chaleur solaire et stockage thermique
L’exemple des « Water Pit Storage » au Danemark
https://www.centrale-energie.fr/spi…
Samedi 1er octobre 2016
Cédric Anglade (ECLy 2015)
Le solaire thermique au Danemark
Partons faire un petit tour au Danemark, pays des réseaux de chaleur où ces derniers couvrent 60% des besoins de chauffage contre 5% en France. Ce taux atteint même 98% à Copenhague ! Dans ce pays, les grands projets de réseaux de chaleur alimentés par des centrales solaires se développent à grande vitesse comme en atteste la carte des projets en construction dans le pays (Figure 2). La production solaire n’étant pas pilotable et non corrélée avec la consommation d’énergie, tout grand projet s’accompagne d’un moyen de stockage thermique [2].
Les Danois ont développé leur propre technologie dans ce domaine : plusieurs hectares de panneaux solaires sont raccordés à un stockage thermique à grande échelle : des « Water pit storage » qui sont des grandes fosses creusées dans le sol et remplies d’eau (Figure 3). Ces mini-lacs, à moitié enterrés et bien isolés, permettent le stockage inter-saisonnier de l’excédent de chaleur produit par les panneaux solaires en été.
Zoom sur les « Water Pit Storage »
Ces derniers permettent de stocker plusieurs dizaines de milliers de m3 d’eau à un prix relativement faible pouvant descendre jusqu’à 50 €/m3, à comparer aux prix des réservoirs cylindriques de plus de 400 €/m3 [3].
La forme est celle d’un trapèze, forme la plus simple à construire se rapprochant de la forme sphérique qui présente les pertes thermiques les plus faibles en raison d’un faible ratio surface sur volume.
Le lac est creusé à la pelleteuse. La terre extraite est placée sur les bords du réservoir pour augmenter sa hauteur et éviter les coûts d’extraction. Les bords sont inclinés le plus possible tout en garantissant la stabilité lors de la construction, soit une pente d’environ 27° par rapport à l’horizontale. La fosse est ensuite recouverte d’un « liner » spécial, qui permet de garantir l’étanchéité du réservoir. De nombreuses recherches ont portés sur ces liners pour trouver les plus résistants à haute température tout en empêchant la pénétration de la vapeur d’eau.
L’isolation constitue un des éléments les plus chers. Pour réduire la surface à couvrir, le fond n’est pas isolé. Au fur et à mesure des premières années d’exploitation, le sol aux alentours va se réchauffer et jouer le rôle d’isolant.
La couverture qui vient recouvrir la fosse est un des composants les plus techniques. Pour parer aux phénomènes de dilatation thermique, celle-ci est construite de manière à flotter sur l’eau.
En cours d’exploitation, l’eau va se stratifier en couches de températures croissantes au sein du stockage. L’eau en haut du réservoir peut ainsi atteindre 90°C quand l’eau en bas est à 40°C. Pour ne pas perturber la stratification, l’eau chaude en provenance des panneaux solaires est directement insérée à la bonne hauteur à l’aide d’un stratificateur, tube métallique présent sur la Figure 3.
Les Danois ont pris une grande avance dans ce domaine et développé un savoir-faire unique en Europe en surmontant les problèmes rencontrés lors des toutes premières constructions : fuites, défaut de liners, contraintes géotechniques…
A titre d’exemple, le stockage du réseau de chaleur de 30 GWh de la ville de Marstal a longtemps été le plus grand au niveau mondial : une fosse de 75 000 m3, mesurant 113 m de long, 88 m de large pour une profondeur de 16 mètres [4]. Les deux mois nécessaires à son remplissage reflètent son énorme volume. Les panneaux solaires produisent en moyenne 400 kWh/m2/an. Une surface de 33 000 m2 de panneaux solaires produit plus de 50% de la consommation d’énergie du réseau.
En été, les panneaux solaires suffisent à couvrir les besoins du réseau. En hiver, une pompe à chaleur 1,5 MW et une chaufferie bois de 4,0 MW servent de compléments (Figure 4). La pompe à chaleur permet de délivrer de l’eau à 75°C et fonctionne en refroidissant l’eau stockée dans le réservoir, en priorité lorsque les prix de l’électricité sont bas.
En 2015, Marstal a été détrôné par le réseau de Vojens : une surface de 52 491 m2 de panneaux solaires d’une puissance de 37 MW sont associés à un stockage de 203 000 m³ [5]. Le système permettra ainsi de couvrir approximativement 50% des besoins du réseau composé de 2 000 maisons. L’investissement s’élève à 16 millions d’euros, dont environ 9 millions pour le champ solaire et 4 millions pour le stockage. La nouvelle tendance semble donc être au plus gros système afin de profiter d’économies d’échelles et obtenir un coût du m3 le plus faible possible.
Perspectives d’évolution
Ces grands stockages thermiques pourront servir à l’avenir à lier les réseaux de chaleur avec le réseau électrique (via des pompes à chaleur ou « co-génération », aussi appelée « combined heat and power » ou « CHP plants ») et apporter une plus grande flexibilité au réseau électrique, flexibilité essentielle pour une forte pénétration des énergies renouvelables. La filière Power-to-Heat, concept consistant à valoriser le surplus de production électrique via une transformation en chaleur, apparaît de plus en plus dans de nombreux scénarios de transition énergétique à l’horizon 2050 et des appels d’offres en ce sens (comme celui lancé par le Club Stockage d’Energies de l’ATEE) commencent à voir le jour.
En France, les réseaux solaires peinent à se développer malgré une volonté certaine de se lancer dans le domaine : appel à projets de l’ADEME, conférence internationale annuelle sur les réseaux de chaleur solaire à Toulouse organisé par SDH (Solar District Heating) [6]. Un des freins au développement de ces derniers réside dans les températures élevées des réseaux de chaleur. Pour l’instant, on peut citer les réseaux de Balma à Toulouse et de Juvignac à Montpellier.
Espérons que de nouveaux projets voient le jour dans un futur proche avec le développement des éco-quartiers, la rénovation des bâtiments, l’extension et la densification de réseaux nécessaires pour répondre aux objectifs de réduction des émissions de CO2 grâce au développement des réseaux de chaleur.
Sources :
[1] Site de l’entreprise Danoise PlanEnergi. Disponible sur
http://www.planenergi.eu/
[2] PAVLOVL Georgi K, OLESEN Bjarne W, Seasonal ground solar thermal energy storage – Review of systems ans applications, ICIEE, DTU, Denmark
[3] JENSEN Morten Vang, Large Systems Seasonal pit heat storages - Guidelines for materials & construction, Task 45 IEA-SHC, 2014
[4] DANNEMAND Andersen J, BODKER L, Large Thermal Energy Storage at Marstal District Heating, 2013
[5] Site de l’entreprise danoise Ramboll :
http://www.ramboll.com/projects/re/…
[6] SDH, National report france, New business opportunities for solar district heating and cooling. D5.1 Macro Ana-lyses, Thomas DUFFE et al.
Retrouvez également cet article dans le Flash n°51.
Le stockage d’énergie à haute température : une solution économique
https://www.techniques-ingenieur.fr…
20 mai 2021
Arnaud Moign
Pour devenir de réelles solutions de substitution à grande échelle, les sources d’énergie intermittentes comme le solaire et l’éolien doivent être associées à des techniques de stockage d’énergie efficaces, économiquement viables et écologiquement durables. Rencontre avec Alejandro Datas, chercheur à l’Instituto de Energía Solar et coordinateur des projets européens AMADEUS et NATHALIE.
Alejandros Datas a accepté de nous parler d’une technologie de stockage innovante, développée dans le cadre du projet européen AMADEUS. Cette solution étonnante, qui consiste à stocker l’énergie sous forme de chaleur, serait 20 fois moins chère qu’un stockage par batteries de type électrochimique.
Alejandro Datas, chercheur à l’Instituto de Energía Solar – Universidad Politécnica de Madrid (IES-UPM), est le coordinateur du projet AMADEUS, qui a pris fin en 2019 et de son successeur NATHALIE. Le but de ce nouveau projet est d’analyser les marchés stratégiques pour cette technologie de stockage d’énergie révolutionnaire.
AMADEUS et NATHALIE sont des projets financés par l’Union européenne, dans le cadre du programme Horizon 2020.
Techniques de l’Ingénieur : Pouvez-vous nous expliquer le fonctionnement de la technologie de récupération de chaleur développée dans le cadre du projet AMADEUS ?
Alejandro Datas : La technologie développée au cours de ce projet permet de stocker l’énergie sous forme de chaleur latente à des températures extrêmes, supérieures à 1 000°C. Cette chaleur est ensuite convertie en courant électrique, sur demande, grâce à des convertisseurs statiques qui transforment directement en électricité, les photons et électrons du rayonnement thermique.
Son fonctionnement est basé sur l’utilisation de matériaux à changement de phase (PCM) à haute température, tels que le silicium et le ferrosilicium. Cette technologie peut être employée en Power-To-Heat-To-Power Storage (PHPS) et les applications visées concernent aussi bien l’industrie que les bâtiments résidentiels.
Quels sont les avantages de cette technologie par rapport à d’autres solutions de stockage d’énergie ?
Les deux principaux avantages sont le faible coût et la haute densité d’énergie. Les alliages de silicium utilisés pour stocker l’énergie ont un coût inférieur à 2 €/kg et sont capables de stocker 1 kWh par litre de matériau en fusion. Ceci implique donc un coût inférieur à 5 €/kWh, ce qui est faible.
Par ailleurs, la très haute densité d’énergie des alliages au silicium permet de réduire la taille du système. Le coût par capacité énergétique n’excède pas 20 €/kWh, un ordre de grandeur faible comparé au stockage par batterie électrochimique.
Atteindre des coûts aussi faibles est un enjeu important, pour permettre un stockage économiquement viable de gros volumes d’énergie renouvelable.
Le projet AMADEUS est maintenant terminé. Quel est le bilan des avancées majeures ?
Ce projet nous a permis d’atteindre trois objectifs :
- Le développement de nouveaux alliages au silicium, capables de stocker de grosses quantités d’énergie lors du changement de phase, sans variation de volume importante. Ceci résout le problème lié à l’utilisation du silicium pur, qui a l’inconvénient de se dilater de 10 % en se solidifiant, entraînant un risque de rupture du réservoir.
- Démontrer la faisabilité expérimentale d’un nouveau type de convertisseur d’énergie combinant thermoïonique et thermophotovoltaïque. In fine, ce dispositif pourra fonctionner à des températures extrêmes avec une densité de puissance et une efficacité énergétique élevées.
- Établir un prototype d’unité de stockage d’énergie pour démontrer la faisabilité du concept de stockage haute température.
Concrètement, quelles sont les applications potentielles ?
Les technologies développées au cours du projet AMADEUS peuvent par exemple être utilisées pour bâtir des centrales à énergie solaire d’un nouveau genre, avec un meilleur rendement et un facteur de capacité plus élevé. La collecte d’énergie au sein des procédés industriels haute température est également une piste intéressante, car de grandes quantités d’énergie y sont perdues sous forme de chaleur.
Illustration d’un système de récupération d’énergie en environnement résidentiel (Crédit : AMADEUS/NATHALIE)
Pouvez-vous nous parler plus en détail du concept de PHPS ?
Ces dernières années, les prix de l’électricité d’origine photovoltaïque ou éolienne ont beaucoup diminué, ce qui nous a amenés à envisager une autre application qui paraissait jusqu’ici absurde : transformer l’électricité renouvelable en chaleur, la stocker puis la reconvertir en électricité lorsqu’on en a besoin.
Si l’on se réfère aux lois de la thermodynamique, ce concept que nous appelons Power-To-heat-To-Power-Storage (PHPS) est limité par un rendement maximum de 50 %. Néanmoins, si le coût d’électricité renouvelable est suffisamment faible, cette solution devient bien plus économique qu’utiliser des batteries électrochimiques (coût au moins 20 fois inférieur).
De plus, la chaleur qui n’est pas convertie en électricité pourrait également servir à produire de l’eau chaude ou à alimenter un système de refroidissement par absorption. Il faut savoir que la chaleur représente 50 % de la consommation énergétique de l’Union européenne : développer ce type de système peut donc être une solution clé pour réduire notre dépendance aux énergies fossiles.
La phase d’industrialisation est-elle proche ?
Le projet AMADEUS a donné naissance à un prototype de laboratoire. Nous avons maintenant pour objectif de construire un prototype industriel de taille plus importante. Le projet NATHALIE doit ainsi nous aider à adapter le design du système aux besoins du consommateur final.
Nous recherchons donc des partenaires industriels ainsi que de potentiels utilisateurs qui pourraient nous aider à définir les paramètres technologiques de ce premier prototype industriel.
Pour en savoir plus sur cette technologie, visionnez cette vidéo explicative :
https://youtu.be/QsXebQr0Xzk
Silicon and ferrosilicon latent heat thermal batteries
Alejandro Datas Medina - 17 juin 2020 - 16 minutes
Cliquer ici pour télécharger la vidéo
A new kind of power-to-heat-to-power storage (PHPS) system is being developed in the Solar Energy Institute of Technical University of Madrid that is based on silicon and iron alloys as phase change materials. The system stores energy at extreme temperatures of over 1000ºC and enables an energy density of over 1 kWh/l at less than 5 €/kWh.
Traduction Google :
Un nouveau type de système de stockage d’énergie (PHPS) est en cours de développement à l’Institut de l’énergie solaire de l’Université technique de Madrid. Il est basé sur des alliages de silicium et de fer comme matériaux à changement de phase. Le système stocke l’énergie à des températures extrêmes supérieures à 1 000 °C et permet une densité énergétique supérieure à 1 kWh/l à moins de 5 €/kWh.
L’ensemble des publications scientifiques du projet AMADEUS sont disponibles en accès libre :
https://zenodo.org/communities/amad…
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